| 研究課題/領域番号 |
21K18675
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
尾方 成信 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20273584)
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| 研究分担者 |
新里 秀平 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (10853202)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
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| キーワード | 疲労寿命 / ナノ材料 / 変形素過程 / 理論予測 / 原子論 / 破壊 / 塑性変形 / 疲労 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
疲労とは材料が降伏応力以下の繰り返し応力下で破壊に至る現象である。マクロ材料が対象の従来理論に基づくと、ナノ材料は疲労しないことになる。しかし最新の研究で、ナノ材料も疲労破壊し、そのメカニズムがマクロ材料とは全く異なることが示唆されている。本研究では、ナノ材料の疲労を首尾良く記述する理論を確立し、ナノ材料がどのような条件で疲労破壊するのか、いつ疲労破壊に至るのかを理論予測することを目的とする。
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| 研究成果の概要 |
属結合と共有結合という全く異なる結合状態を有し異なる変形能を有する金属ナノピラーとグラフェンシートを対象とし、これらに初期欠陥を導入したモデルに対して、分子動力学法を適用し、繰り返し負荷下における欠陥の時間発展解析を実施した。き裂発生までの時間はともに温度、応力振幅の上昇に伴って急速に短くなることが示され、結合様式に依らず疲労の素過程を熱活性過程として扱うことが妥当であることがわかった。繰り返し負荷下で破断（もしくは大きな塑性変形が生じる）までのプロセスが多段の熱活性化プロセスとなっているため、多段熱活性化プロセスを考慮した理論予測式を構築し、分子動力学解析結果と比較し、その妥当性を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ナノデバイスは至る所で使用されている。それらは、使用温度の変化や外部からの力学的な振動などで繰り返し負荷を受けている。このような環境下にあるナノ材料が、いつ破壊するのかを実験以前に予測することは産業界においても重要なテーマである。しかしながら、これまでナノ材料の疲労研究はほとんど行われていない。本研究では、ナノ材料の疲労寿命を予測評価できる物理理論を構築し、その妥当性を確認することができた。この成果はナノ材料疲労の研究分野を大きく切り開くものであると考える。
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